締付装置
【課題】コンパクトに構成された、締結部材を締め付けるための締付装置を提供する。
【解決手段】締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与えるモータ５と、前記締結部材に係合可能なソケット８と、前記ソケット８を先端に設け、前記モータ５によって回動するスピンドル１４と、前記モータ５に連結され、前記スピンドル１４に対して、前記モータ５からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続されるエクステンションバー７と、を備えた、前記締結部材を締め付けるための締付装置３０であって、前記スピンドル１４が収容可能であるとともに、当該スピンドル１４と回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するスピンドルケース１２と、前記スピンドルケース１２を収容するアウターケース１１と、前記スピンドルケース１２と前記アウターケース１１とを固定又は分離することが選択可能な電磁クラッチ１３と、を有する。
【解決手段】締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与えるモータ５と、前記締結部材に係合可能なソケット８と、前記ソケット８を先端に設け、前記モータ５によって回動するスピンドル１４と、前記モータ５に連結され、前記スピンドル１４に対して、前記モータ５からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続されるエクステンションバー７と、を備えた、前記締結部材を締め付けるための締付装置３０であって、前記スピンドル１４が収容可能であるとともに、当該スピンドル１４と回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するスピンドルケース１２と、前記スピンドルケース１２を収容するアウターケース１１と、前記スピンドルケース１２と前記アウターケース１１とを固定又は分離することが選択可能な電磁クラッチ１３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ等の締結部材を締め付ける締付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルト及びナット等のネジを締め付ける締付装置（ナットランナとも呼ばれる）が、例えば、自動車用エンジンの組み立てラインにおいて用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記のような締付装置では、モータ等の駆動源、駆動源の回転軸に連結されるスピンドル、及びスピンドルの先端に設けられるソケット等を具備し、当該ソケットをネジに係合して駆動源により回転させることでネジの締め付けが行われる。また、締付装置には、特許文献１記載の締付装置のように、ソケットを有するスピンドルがワークに対して昇降可能に構成されたものがある。当該締付装置では、ネジの締め付け時にソケットを有するスピンドルをワークの締結位置へ向けて下降してネジの締め付けを行い、締め付け完了後にワークから上昇させる手段、すなわち、スピンドルを昇降動作させることでスピンドル先端のソケットをワークに対して昇降させるソケット昇降手段を備える。
【０００４】
ソケット昇降手段の方式のひとつとしては、例えば、スピンドルの回転軸方向におけるソケットの位置決めをする場合に、スピンドルを回転軸方向に沿って摺動可能に構成し、スピンドルを動作させるためのアクチュエータを用いてスピンドルを回転軸方向に進退動作させることで、スピンドル先端のソケットの昇降動作を行う方式が知られている。
【０００５】
例えば、図５に示すように、アクチュエータとして汎用のエアシリンダーをスピンドルに隣接して外付けし、当該スピンドルとエアシリンダーのシリンダーロッド先端とをプレートにより連結し、エアシリンダーの伸縮によりプレートを介してスピンドルを進退動作させてスピンドル及びソケットを昇降させる構造のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１１０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のような従来の締付装置では、ソケットの昇降手段にエアシリンダーのような嵩高いアクチュエータを使用しているため、アクチュエータが装置本体に隣接して外付け配置された、大掛かりな装置になる。さらに、このように、締付装置（ナットランナ）が大掛かりなものになると、複数のナットランナ（多軸ナットランナ）を備えるタイプの締付装置の場合では、ナットランナ同士での干渉領域が多くなり締付効率が悪化する。そのため、締付装置としては、よりコンパクトな装置構成が求められる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトに構成された、締結部材を締め付けるための締付装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、
締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与える駆動部と、
前記締結部材に係合可能なソケットと、
前記ソケットを先端に設け、前記駆動部によって回動するスピンドルと、
前記駆動部に連結され、前記スピンドルに対して、前記駆動部からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続されるエクステンションバーと、
を備えた、前記締結部材を締め付けるための締付装置であって、
前記スピンドルが収容可能であるとともに、当該スピンドルと回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するスピンドルケースと、
前記スピンドルケースを収容するアウターケースと、
前記スピンドルケースと前記アウターケースとを固定又は分離することが選択可能な選択可能手段と、
を有するものである。
【００１１】
請求項２においては、
前記選択可能手段は、前記アウターケース内に一体的に取り付けられる電磁クラッチであり、
当該電磁クラッチの通電により前記アウターケースに前記スピンドルケースを固定し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースに対して前記スピンドルが進退可能であり、
前記電磁クラッチの通電停止により前記スピンドルケースを前記アウターケースから分離し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースが前記スピンドルと共回りし、前記ソケットに係合される前記締結部材を締め付け可能であるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、駆動部の回動を利用して、スピンドルの進退動作が行えるため、装置をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る締付装置の構成を模式的に示す斜視図。
【図２】ナットランナを示す一部断面側面図。
【図３】ナットランナが備えるソケット昇降手段を示す一部断面側面図。
【図４】スピンドルの昇降動作を示す説明図であり、（ａ）はスピンドル位置が上昇端位置である場合を示す図、（ｂ）はスピンドル位置が中間位置である場合を示す図、（ｃ）はスピンドル位置が下降端位置である場合を示す図。
【図５】従来の締付装置を示す一部断面側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
先ず、本発明の一実施形態である締付装置３０について図１、図２及び図３を用いて説明する。
【００１５】
締付装置３０は、ワークＷに締結部材を締め付けるための装置であり、例えば、自動車用エンジンの組立ラインにおいて、ワークＷであるエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとを締結するための締結部材（本実施形態では、ボルト及びナット等のネジ）を締め付ける際に用いられるものである。締付装置３０は、図１に示すように、ナットランナ位置可変手段１、ナットランナ２等を有し、これらの動作を制御する制御手段（図示せず）を備える。
なお、説明の便宜上、図１に示すＸ・Ｙ・Ｚ軸方向を本実施形態におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とする。本実施形態における回転軸方向とは、後述するモータ５、エクステンションバー７、スピンドル１４及びソケット８の回転軸方向を意味し、図１においてはＺ軸方向となる。
【００１６】
ナットランナ位置可変手段１は、１つのナットランナ２を吊り下げて支持し、当該ナットランナ２を位置可変に支持するＸ軸位置決め装置である直交ロボット３、Ｙ軸位置決め装置である直交ロボット４から構成される。つまり、ナットランナ位置可変手段１は１つのナットランナ２をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動可能な二軸可変の直交二軸ロボットとして構成されている。こうして、ナットランナ位置可変手段１は、直交ロボット３及び直交ロボット４によってナットランナ２をＸ・Ｙ軸の二軸方向にそれぞれ独立して適宜位置変更可能である。すなわち、直交ロボット３及び直交ロボット４によってナットランナ２の先端に有するソケット８のＸ・Ｙ軸方向位置が変更可能である。直交ロボット３及び直交ロボット４は、配線等を介して接続される制御手段によってその動作が制御される。
【００１７】
ナットランナ２は、ワークＷに締結部材を回動して締め付ける締付装置３０の本体部であり、図２に示すように、モータ５、トルクトランスデューサー６、エクステンションバー７、ソケット８、ソケット昇降手段９等を主に有する。ナットランナ２は、ナットランナ位置可変手段１の下部に支持されている。
【００１８】
モータ５は、ソケット８を回動駆動させるための回動駆動力を発生するナットランナ２の駆動部であり、ソケット８に係合される締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与えるものである。モータ５は、出力軸である主軸５ａを有する。モータ５は、ベースプレート１０に固定支持されている。モータ５の主軸５ａには、エクステンションバー７が連結されている。モータ５は、配線等を介して接続される制御手段によってその動作が制御される。すなわち、制御手段によって、ナットランナ２による締付（締付量、回動方向、締付トルク等）が制御される。モータ５には、トルクトランスデューサー６が取り付けられている。
【００１９】
トルクトランスデューサー６は、モータ５の回転時のトルクを検出するトルクセンサである。トルクトランスデューサー６は、配線等を介して制御手段に接続されている。トルクトランスデューサー６では、モータ５の回動時のトルクが検出されて、制御手段に出力される。
【００２０】
エクステンションバー７は、図３に示すように、モータ５の主軸５ａに連結され、後述するスピンドル１４に対して、モータ５からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続するための部材であり、段付きの円柱状の基部７ａと、当該基部７ａ一端から延出される断面四角形状かつ棒状のバー本体部７ｂからなる部材である。エクステンションバー７の基部７ａの外側端部には、モータ５の主軸５ａを連結するための矩形の連結凹部７ｃが形成されている。エクステンションバー７の基部７ａは、連結凹部７ｃを介してモータ５の主軸５ａに一定的回転可能に連結され、バー本体部７ｂは、スピンドル１４が有する挿通孔２０（挿通孔２０ａ、摺動孔２０ｂ）に挿通される。また、バー本体部７ｂは、スピンドル１４の摺動孔２０ｂに、回転軸方向へ摺動可能かつスピンドル１４と一体的に回転可能に嵌合支持される。こうして、モータ５の主軸５ａが回動すると、当該主軸５ａに連結されたエクステンションバー７及び、当該エクステンションバー７のバー本体部７ｂに嵌合支持されるスピンドル１４が回動する。また、エクステンションバー７は、モータ５の出力軸として回転軸方向に沿って所定長延長可能にするものであり、出力軸の長さを可変にしつつモータ５の回動駆動力をスピンドル１４に伝達可能にするものである。
なお、本実施形態に係るエクステンションバー７は、断面四角形状であるが、特に限定するものでなく、エクステンションバー７とスピンドル１４とが嵌合して一体的に回動できるような断面形状であれば良い。
【００２１】
ソケット８は、ボルト又はナットに係合可能な部材であり、その基端部側がスピンドル１４の先端に着脱可能に固定されており、ソケット８の先端部側には、ボルト又はナットに係合可能な係合凹部８ａを備えており、当該係合凹部８ａを、例えばボルトの頭部に係合させた状態でソケット８を回動駆動させることにより、ワークＷにボルトを締め付けることができる。ソケット８は、スピンドル１４に対して着脱自在であり、ワークＷを締結する際に用いるボルトやナットの種類等に応じた他のソケット８に適宜交換可能である。
【００２２】
ソケット昇降手段９は、ワークＷに対してソケット８の昇降を行うためのものであり、アウターケース１１と、スピンドルケース１２と、電磁クラッチ１３と、スピンドル１４とから主に構成される。
【００２３】
アウターケース１１は、スピンドル１４を収容するためのケース部材である。アウターケース１１は、図３に示すように、段付きの円筒状部材であり、大径部１１ａと小径部１１ｃとからなる筒状のケース部材である。大径部１１ａと小径部１１ｃの間には、径方向に沿う壁面である段壁面１１ｂを有する。大径部１１ａは、電磁クラッチ１３が配置固定される部分であり、小径部１１ｃは、スピンドルケース１２を挿通して配置される部分である。アウターケース１１は、その中心軸をモータ５の主軸５ａの中心軸である回転軸方向と同一となるように取付部材を介してベースプレート１０に取り付けられる。
【００２４】
スピンドルケース１２は、スピンドル１４が収容可能であるとともに、スピンドル１４と回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するケース部材である。スピンドルケース１２は、スピンドル１４に対して回転軸を中心として相対的に回転可能に構成されており、スピンドルケース１２がスピンドル１４に対して相対的に回転することで、スピンドルケース１２がスピンドル１４に対して相対的に回転軸方向に進退するように構成されている。
スピンドルケース１２は、回転軸方向に貫通孔１５が形成された略円筒状の金属製部材（本実施形態では、Ａｌ製）であり、図３に示すように、円筒状の円筒部１２ａと、当該円筒部１２ａの一端において半径方向外側に突出するフランジ部１２ｂとを有する。スピンドルケース１２は、円筒部１２ａの外径がアウターケース１１の小径部１１ｃの内径よりも小さくなるように形成されるとともにフランジ部１２ｂの外形がアウターケース１１の小径部１１ｃの内径よりも大きく、かつ大径部１１ａの内径よりも小さくなるように形成されている。スピンドルケース１２は、円筒部１２ａがアウターケース１１の小径部１１ｃ内に挿通され、フランジ部１２ｂの一側が段壁面１１ｂに対向するように配置される。すなわち、スピンドルケース１２のフランジ部１２ｂは、スピンドルケース１２の円筒部１２ａがアウターケース１１の小径部１１ｃ内に収容された状態で、スピンドルケース１２がアウターケース１１から突出しないように段壁面１１ｂに係止するための係止部の役割をする。スピンドルケース１２の円筒部１２ａにおいては、アウターケース１１の大径部１１ａ内の両端に設けられた円環状のガイドブッシュ１６、１７に挿通されており、当該ガイドブッシュ１６、１７によりスピンドルケース１２の軸歪みが抑えられる。
【００２５】
また、スピンドルケース１２の貫通孔１５の内周面には、回転軸方向に対して螺旋状のスプライン（ネジ溝）が形成されたスプライン噛込み部１８（図４（ｂ）参照）を有する。すなわち、スピンドルケース１２の貫通孔１５の内周面には、螺旋状のネジ溝が設けられ、スピンドルケース１２は、いわゆる「雌ネジ」として形成されている。また、スピンドルケース１２のフランジ部１２ｂの外側一端には、電磁クラッチ１３と対向して、円環状の接合部１９がボルトにより取り付けられている。当該接合部１９は、磁力により吸着可能な部材により構成されており、例えばＦＣ（ねずみ鋳鉄）等を用いることが可能である。
なお、本実施形態においては、スピンドルケース１２がアウターケース１１から突出しないために段壁面１１ｂに係止するための係止部としてフランジ部１２ｂをスピンドルケース１２の一端に設ける構成としたが特に限定するものではなく、アウターケース１１の小径部１１ｃの長さ方向中途部にてボルトをアウターケース内に突出するように取り付けて、当該ボルトの先端によってスピンドルケース１２外周面を押圧することでスピンドルケース１２を固定する構成することも可能である。
また、本実施形態においてはスピンドルケース１２をＡｌ製、接合部１９をＦＣ製としているが、特に限定するものではない。例えば、スピンドルケース１２を構成する部材として磁力に吸着される部材を用いた場合は、接合部１９及び当該接合部１９を固定するボルト等は不要である。
【００２６】
電磁クラッチ１３は、その中央に挿通穴を有した円筒状の電磁クラッチであり、当該挿通穴にエクステンションバー７を挿通した状態で、当該電磁クラッチ１３の一端に形成されたフランジ部１３ａをアウターケース１１の内壁にボルト締結することにより、アウターケース１１の大径部１１ａ内に一体的に取り付けられる。電磁クラッチ１３の他端は、スピンドルケース１２が有する接合部１９と電磁力により接合可能である接合面１３ｂを有する。接合部１９が一端に取り付けられたスピンドルケース１２のフランジ部１２ｂは、アウターケース１１の段壁面１１ｂと電磁クラッチ１３の接合面１３ｂとの間に回動自在に配置される。アウターケース１１の段壁面１１ｂと電磁クラッチ１３の接合面１３ｂとの間隔は、接合部１９を有するフランジ部１２ｂの回転軸方向の厚さよりも若干大きくなるように構成されている。電磁クラッチ１３は、通電／通電停止することで接合面１３ｂから電磁力の発生または発生の停止をすることが可能であり、この電磁力の発生・発生停止によって、電磁クラッチ１３の接合面１３ｂに対して接合部１９の吸着固定／切り離しを行うことができる。すなわち、スピンドルケース１２は、電磁クラッチの通電（ＯＮ）により電磁クラッチ１３を介してアウターケース１１に固定されて、アウターケース１１に対して回動不能となり、電磁クラッチ１３の通電停止（ＯＦＦ）により、スピンドルケース１２がアウターケース１１から分離されるともにアウターケース１１に対して回動自在になる。つまり、電磁クラッチ１３は、前記スピンドルケース１２とアウターケース１１との固定又は分離が選択可能な選択可能手段である。
なお、本実施形態においては、選択可能手段として電磁クラッチ１３を用いたが特に限定するものではなく、スピンドルケース１２とアウターケース１１とを固定又は分離することが選択可能な選択可能手段であればよく、例えば機械的なクラッチ機構を用いることも可能である。
また、本実施形態においては、電磁クラッチ１３の通電（ＯＮ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とを固定し、電磁クラッチ１３の通電停止（ＯＦＦ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とが分離する構成としているが、特に限定するものではない。例えば、電磁クラッチ１３の通電（ＯＮ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とが分離し、電磁クラッチ１３の通電停止（ＯＦＦ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とを固定する構成としてもよい。
【００２７】
スピンドル１４は、ソケット８を先端に設け、モータ５によって回動されるものであり、図３に示すように、円柱状のスピンドル前端部１４ａ、当該スピンドル前端部１４ａより大径のスプライン部１４ｂ、及び当該スプライン部１４ｂより小径であるスピンドル後端部１４ｃ、から構成される。
スピンドル前端部１４ａは、その先端にソケット８を連結するための矩形の連結凸部１４ｄが形成されている。連結凸部１４ｄを、ソケット８の基端部側に形成される凹部に嵌合することで、スピンドル１４とソケット８とを一体的に回転可能に連結することができる。
また、スプライン部１４ｂ及びスピンドル後端部１４ｃには、当該スピンドル後端部１４ｃ側からエクステンションバー７を挿通するための挿通孔２０が設けられている。挿通孔２０は、スプライン部１４ｂの内部に形成され、エクステンションバー７のバー本体部７ｂを挿通可能な挿通孔２０ａと、エクステンションバー７のバー本体部７ｂを挿入して摺動可能な断面四角状の摺動孔２０ｂから構成される。スピンドル１４は、挿通孔２０にエクステンションバー７のバー本体部７ｂが挿通されることで、エクステンションバー７のバー本体部７ｂに対して回転軸方向に摺動可能かつ進退可能に支持される。
【００２８】
また、スプライン部１４ｂの外周面には、回転軸方向に対して螺旋状のスプライン（ネジ溝）が形成されたスプライン噛込み部２１（図４（ｂ）参照）を有する。すなわち、スプライン部１４ｂの外周面には、螺旋状のネジ溝が設けられ、スプライン部１４ｂは、いわゆる「雄ネジ」として形成されている。スプライン部１４ｂのスプライン噛込み部２１とスピンドルケース１２が有するスプライン噛込み部１８とは、互いに噛み合ってスプライン係合している。換言すれば、スプライン部１４ｂのスプライン噛込み部２１は「雄ネジ」部分になり、スピンドルケース１２が有するスプライン噛込み部１８が「雌ネジ」部分となって、互いに螺合しており、スピンドルケース１２側（雌ネジ側）を固定して、スピンドル１４（雄ネジ側）を回動すると、スピンドル１４はスピンドルケース１２内を回転軸方向に進退可能となるものである。例えば、スピンドルケース１２側（雌ネジ側）を固定して、スピンドル１４（雄ネジ側）を時計周り方向に回転すると、スピンドル１４が下降（前進）し、一方、スピンドル１４（雄ネジ側）を反時計周り方向に回転すると、スピンドル１４が上昇（後退）する。
【００２９】
制御手段は、締付装置３０の各動作（スピンドル１４の昇降動作、電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ、モータ５の駆動／停止等）及び直交ロボット３、４等の各動作の制御を行うものであり、例えば、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。また、制御手段は、締付装置３０及び直交ロボット３、４等の動作制御を行うための制御プログラムを有し、当該制御プログラムに予め所定の動作パラメータを設定し実行することで締付装置３０及び直交ロボット３、４等に所定の動作を行わせることができる。
【００３０】
こうして、ソケット昇降手段９は、モータ５の駆動／停止と電磁クラッチ１３のＯＮ／ＯＦＦによりスピンドル１４の昇降動作を行うことが可能である。すなわち、電磁クラッチ１３を効かせた状態（通電した状態）では、スピンドルケース１２はアウターケース１１に固定されるため、モータ５を駆動して主軸５ａを回動させると、スプライン部１４ｂのスプライン噛込み部２１とスピンドルケース１２が有するスプライン噛込み部１８とがスプライン係合していることにより、スピンドル１４がスピンドルケース１２に対して進退動作が可能となる。本実施形態の如く、ナットランナ２を吊り下げて配置して締付装置３０を構成した場合は、スピンドル１４先端に設けたソケット８を昇降動作させることが可能となる。
なお、本実施形態においては、ソケット８を昇降動作させる場合を例として挙げたが、特に限定するものではない。つまり、ソケット８を有したスピンドル１４を所定方向に沿って進退動作させる構成であればよい。例えば、ソケット８を水平方向に進退動作させる構成でもよく、本実施形態の如く、ソケット８を上下方向に動作させる昇降動作のみに限るものではない。
【００３１】
次に、以上のように構成された締付装置３０により、ワークＷに対して締結部材を締め付ける工程を図４を用いて説明する。具体例として、自動車用エンジン組立ラインにおいて、締付装置３０をライン上方に配置し、当該締付装置３０を用いてワークＷであるシリンダブロック及びシリンダヘッドの締結を行うためにボルトで締め付けを行う工程について説明する。
なお、図４において、彩色された部分が回転する部分を示している。
【００３２】
自動車用エンジンの組立ラインにおいて、一組のワークＷとしてシリンダブロック及びシリンダヘッドがライン上を搬送されてくるまで、締付装置３０は、待機状態となり、以下に説明するスピンドル１４（ソケット８）の上昇端位置に保持された状態となっている。
【００３３】
図４（ａ）は、スピンドル１４がスピンドル１４の上昇端位置に保持された状態（電磁クラッチ１３：ＯＮ、モータ５：ＯＦＦの状態）を示したものである。ここで、「スピンドル１４の上昇端位置」とは、エクステンションバー７のバー本体部７ｂがスピンドル１４の挿通孔２０内に完全に収容され、スピンドル１４が最も上昇した位置をいう。このようにスピンドル１４が、スピンドル１４の上昇端位置に保持された状態は、電磁クラッチ１３をＯＮ（通電）、かつモータ５をＯＦＦ（駆動停止）の状態の場合であって、電磁クラッチ１３が通電時には当該電磁クラッチ１３における接合面１３ｂに電磁力が発生し、当該接合面１３ｂにスピンドルケース１２に取り付けられた接合部１９が引き寄せられるとともに吸着固定されている。これにより、スピンドルケース１２は、電磁クラッチ１３を介してアウターケース１１に一体的に固定されている。
ワークＷが締付装置３０下方の所定位置に搬送されてくると、制御手段は、締付装置３０を駆動制御してワークＷに対して締結部材の締め付け動作を開始する。以下に、制御手段が、スピンドル１４（ソケット８）をワークＷ上の最初のボルト締結位置へと下降する制御方法について説明する。
【００３４】
図４（ｂ）は、上述したスピンドル１４の上昇端位置と後述する下降端位置の間の中間位置でスピンドル１４が下降している状態（電磁クラッチ１３：ＯＮ、モータ５：ＯＮの状態）を示したものである。このようにスピンドル１４が中間位置において下降している状態は、電磁クラッチ１３をＯＮ（通電）、かつモータ５をＯＮ（駆動）した場合であって、電磁クラッチ１３が通電時には当該電磁クラッチ１３における接合面１３ｂに電磁力が発生し、当該接合面１３ｂにスピンドルケース１２に取り付けられた接合部１９が引き寄せられるとともに吸着固定されている。これにより、スピンドルケース１２は、電磁クラッチ１３を介してアウターケース１１に一体的に固定されている。このようにスピンドルケース１２がアウターケース１１に一体的に固定されている状態で、さらに、モータ５が駆動されるとモータ５の時計回りの回転により、スピンドルケース１２にスプライン係合しているスピンドル１４はスプラインに沿って、回転しながらエクステンションバー７に対して摺動動作し、回転するスピンドル１４はスピンドルケース１２内を回転軸方向に沿って移動する。つまり、スピンドル１４はワークＷ上の最初のボルト締結位置へと下降していく。以下に、制御手段が、スピンドル１４（ソケット８）をワークＷ上の最初のボルト締結位置へと下降した後、ワークＷに対して締結部材を締め付ける制御方法について説明する。
【００３５】
図４（ｃ）は、スピンドル１４がスピンドル１４の下降端位置に保持された状態（電磁クラッチ１３：ＯＦＦ）を示したものである。ここで、「スピンドル１４の下降端位置」とは、エクステンションバー７のバー本体部７ｂに対してスピンドル１４が摺動し、エクステンションバー７のバー本体部７ｂ先端部分がスピンドル１４の挿通孔２０（摺動孔２０ｂ）内に位置する、スピンドル１４が最も下降した位置をいう。このようにスピンドル１４がスピンドル１４の下降端位置に保持された状態は、中間位置からさらにスピンドル１４が下降していき、スピンドル１４の下降端位置に達した場合であり、このスピンドル１４の下降端位置において、締結部材（本実施形態では、ボルト又はナット）の締め付けが行われる。すなわち、スピンドル１４が下降端位置に達すると、スピンドル１４先端に取り付けたソケット８の係合凹部８ａにボルトの頭が係合された状態になるとともに、制御手段が電磁クラッチ１３をＯＦＦ（通電停止）して、当該電磁クラッチ１３における接合面１３ｂで発生していた電磁力の発生を停止する。これにより、電磁クラッチ１３に接合部１９を介して吸着固定されていたスピンドルケース１２が電磁クラッチ１３から切り離される。これにより、スピンドルケース１２がアウターケース１１とは独立して回動可能となるため、スピンドル１４のスプライン噛込み部２１とスピンドルケース１２のスプライン噛込み部１８がスプライン係合していることで、スピンドルケース１２がスピンドル１４とともに回転する、すなわち、スピンドルケース１２とスピンドル１４とがアウターケース１１内において回転軸周りに共回りすることが可能となる。そうして、モータ５の回転がスピンドル１４及び当該スピンドル１４に取り付けられたソケット８に伝達され、ソケット８に係合したボルトをスピンドル１４の下降端位置にて締め付けすることができる。
【００３６】
そうして、最初のボルトの締め付けが完了後、制御手段は、再び電磁クラッチ１３をＯＮ（通電）することでスピンドルケース１２をアウターケース１１に一体的に固定し、モータ５を反時計周りに回転することで、ソケット８並びにスピンドル１４を上昇させ、スピンドル１４の上昇端位置に戻る。ワークＷの最初のボルト締結位置におけるボルトの締め付けが完了したら、制御手段は、直交ロボット３及び直交ロボット４を操作して、予め設定されている次のボルト締結位置まで、ナットランナ２を移動し、上記と同様に次のボルトの締め付けを続けて行う。こうして、本実施形態に係る締付装置３０では、ひとつのナットランナ２を直交ロボット３及び直交ロボット４により移動しながら複数箇所の締結部材の締め付けを行うことができる。
【００３７】
以上の如く、本実施形態の締付装置３０は、電磁クラッチ１３の通電によりアウターケース１１にスピンドルケース１２を固定し、かつモータ５の駆動により前記スピンドル１４を回動した場合、スピンドルケース１２に対してスピンドル１４が進退可能である。また、電磁クラッチ１３の通電停止によりスピンドルケース１２をアウターケース１１から分離し、かつモータ５の駆動によりスピンドル１４を回動した場合、スピンドルケース１２がスピンドル１４と共回りし、回転方向にのみ動力を伝えることができるため、ソケット８に係合される締結部材を締め付けることが可能である。
【００３８】
また、従来、ワークＷに対して複数の締結部材の締め付けを行うために複数のナットランナ（いわゆる多軸ナットランナ）ユニットを備えた締付装置があるが、このような従来の締付装置では、多軸ナットランナユニット全体を昇降させて締結部材の締め付けを行っていた。多軸ナットランナユニットは、重量が大きく、この重量物を昇降させるための高能力の昇降アクチュエータ（エアシリンダー等）を必要し、装置が大掛かりなものとなったいる。それに対して、本実施形態の締付装置３０では、直交二軸ロボット（直交ロボット３及び直交ロボット４）に１つのナットランナ２を取り付け、制御手段が有する制御プログラムにより複数の締結部材の締結箇所を有するワークＷに対して１箇所ずつ順に締め付けを行って、１つのソケット８を有するスピンドル１４のみを昇降させるものである。そのため、本実施形態の締付装置３０では、従来の多軸ナットランナユニットを備えた締付装置に比べて汎用性が高く、軽量コンパクト化が図れる。また、本実施形態の締付装置３０によれば、ソケット８を有するスピンドル１４のみを昇降させるので、ワークＷと干渉しない範囲で最小限の上昇・下降の移動距離で複数箇所の締付作業を行うことができるため、コンパクトな装置構成であり、効率的な締め付けができる。つまり、本実施形態の締付装置３０は、従来の多軸ナットランナユニットを備えた締付装置に比べて、より動作自由度の高いフレキシブルな締付装置である。また、本実施形態の締付装置３０は、従来の締付装置のように、エアーシリンダーが不要であるため、エアーシリンダーに伴うエアー供給機器等も不要になり、省スペース化、装置の簡素化・コンパクト化が可能である。また、本実施形態の締付装置３０は、スピンドル１４の昇降動作によりソケット８をワークＷ上の所望の締結部材の締結箇所に案内することができるため、狭い箇所や孔の内部等の締結箇所においてもソケット８を案内して、締結することが可能である。また、締付装置３０が備えるソケット昇降手段９は、従来のエアシリンダーを用いたソケット昇降手段とは異なり、上述した中間位置での停止も容易に可能であるため、ソケット昇降動作の動作範囲が拡大し、さらに効率的に締め付け作業を行うことが可能である。
【００３９】
以上のように、本実施形態の締付装置３０によれば、駆動部の回転を利用して、スピンドルの進退動作が行えるため、装置をコンパクトにできる。
【００４０】
なお、本実施形態の締付装置３０において、ナットランナ位置可変手段１の上部に、締付装置３０を所定の位置に移動可能にするための移動装置を設ける構成とすることできる。このような移動装置の例としては、締付装置３０を、自動車組立ライン上にて搬送されるワークＷに沿って移動させる装置とすればよく、締付装置３０にレール・滑車式の移動機構を設ける構成とすればよい。
【符号の説明】
【００４１】
５ モータ
７ エクステンションバー
８ ソケット
１１ アウターケース
１２ スピンドルケース
１３ 電磁クラッチ
１４ スピンドル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ等の締結部材を締め付ける締付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルト及びナット等のネジを締め付ける締付装置（ナットランナとも呼ばれる）が、例えば、自動車用エンジンの組み立てラインにおいて用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記のような締付装置では、モータ等の駆動源、駆動源の回転軸に連結されるスピンドル、及びスピンドルの先端に設けられるソケット等を具備し、当該ソケットをネジに係合して駆動源により回転させることでネジの締め付けが行われる。また、締付装置には、特許文献１記載の締付装置のように、ソケットを有するスピンドルがワークに対して昇降可能に構成されたものがある。当該締付装置では、ネジの締め付け時にソケットを有するスピンドルをワークの締結位置へ向けて下降してネジの締め付けを行い、締め付け完了後にワークから上昇させる手段、すなわち、スピンドルを昇降動作させることでスピンドル先端のソケットをワークに対して昇降させるソケット昇降手段を備える。
【０００４】
ソケット昇降手段の方式のひとつとしては、例えば、スピンドルの回転軸方向におけるソケットの位置決めをする場合に、スピンドルを回転軸方向に沿って摺動可能に構成し、スピンドルを動作させるためのアクチュエータを用いてスピンドルを回転軸方向に進退動作させることで、スピンドル先端のソケットの昇降動作を行う方式が知られている。
【０００５】
例えば、図５に示すように、アクチュエータとして汎用のエアシリンダーをスピンドルに隣接して外付けし、当該スピンドルとエアシリンダーのシリンダーロッド先端とをプレートにより連結し、エアシリンダーの伸縮によりプレートを介してスピンドルを進退動作させてスピンドル及びソケットを昇降させる構造のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１１０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のような従来の締付装置では、ソケットの昇降手段にエアシリンダーのような嵩高いアクチュエータを使用しているため、アクチュエータが装置本体に隣接して外付け配置された、大掛かりな装置になる。さらに、このように、締付装置（ナットランナ）が大掛かりなものになると、複数のナットランナ（多軸ナットランナ）を備えるタイプの締付装置の場合では、ナットランナ同士での干渉領域が多くなり締付効率が悪化する。そのため、締付装置としては、よりコンパクトな装置構成が求められる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトに構成された、締結部材を締め付けるための締付装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、
締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与える駆動部と、
前記締結部材に係合可能なソケットと、
前記ソケットを先端に設け、前記駆動部によって回動するスピンドルと、
前記駆動部に連結され、前記スピンドルに対して、前記駆動部からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続されるエクステンションバーと、
を備えた、前記締結部材を締め付けるための締付装置であって、
前記スピンドルが収容可能であるとともに、当該スピンドルと回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するスピンドルケースと、
前記スピンドルケースを収容するアウターケースと、
前記スピンドルケースと前記アウターケースとを固定又は分離することが選択可能な選択可能手段と、
を有するものである。
【００１１】
請求項２においては、
前記選択可能手段は、前記アウターケース内に一体的に取り付けられる電磁クラッチであり、
当該電磁クラッチの通電により前記アウターケースに前記スピンドルケースを固定し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースに対して前記スピンドルが進退可能であり、
前記電磁クラッチの通電停止により前記スピンドルケースを前記アウターケースから分離し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースが前記スピンドルと共回りし、前記ソケットに係合される前記締結部材を締め付け可能であるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、駆動部の回動を利用して、スピンドルの進退動作が行えるため、装置をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る締付装置の構成を模式的に示す斜視図。
【図２】ナットランナを示す一部断面側面図。
【図３】ナットランナが備えるソケット昇降手段を示す一部断面側面図。
【図４】スピンドルの昇降動作を示す説明図であり、（ａ）はスピンドル位置が上昇端位置である場合を示す図、（ｂ）はスピンドル位置が中間位置である場合を示す図、（ｃ）はスピンドル位置が下降端位置である場合を示す図。
【図５】従来の締付装置を示す一部断面側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
先ず、本発明の一実施形態である締付装置３０について図１、図２及び図３を用いて説明する。
【００１５】
締付装置３０は、ワークＷに締結部材を締め付けるための装置であり、例えば、自動車用エンジンの組立ラインにおいて、ワークＷであるエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとを締結するための締結部材（本実施形態では、ボルト及びナット等のネジ）を締め付ける際に用いられるものである。締付装置３０は、図１に示すように、ナットランナ位置可変手段１、ナットランナ２等を有し、これらの動作を制御する制御手段（図示せず）を備える。
なお、説明の便宜上、図１に示すＸ・Ｙ・Ｚ軸方向を本実施形態におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とする。本実施形態における回転軸方向とは、後述するモータ５、エクステンションバー７、スピンドル１４及びソケット８の回転軸方向を意味し、図１においてはＺ軸方向となる。
【００１６】
ナットランナ位置可変手段１は、１つのナットランナ２を吊り下げて支持し、当該ナットランナ２を位置可変に支持するＸ軸位置決め装置である直交ロボット３、Ｙ軸位置決め装置である直交ロボット４から構成される。つまり、ナットランナ位置可変手段１は１つのナットランナ２をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動可能な二軸可変の直交二軸ロボットとして構成されている。こうして、ナットランナ位置可変手段１は、直交ロボット３及び直交ロボット４によってナットランナ２をＸ・Ｙ軸の二軸方向にそれぞれ独立して適宜位置変更可能である。すなわち、直交ロボット３及び直交ロボット４によってナットランナ２の先端に有するソケット８のＸ・Ｙ軸方向位置が変更可能である。直交ロボット３及び直交ロボット４は、配線等を介して接続される制御手段によってその動作が制御される。
【００１７】
ナットランナ２は、ワークＷに締結部材を回動して締め付ける締付装置３０の本体部であり、図２に示すように、モータ５、トルクトランスデューサー６、エクステンションバー７、ソケット８、ソケット昇降手段９等を主に有する。ナットランナ２は、ナットランナ位置可変手段１の下部に支持されている。
【００１８】
モータ５は、ソケット８を回動駆動させるための回動駆動力を発生するナットランナ２の駆動部であり、ソケット８に係合される締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与えるものである。モータ５は、出力軸である主軸５ａを有する。モータ５は、ベースプレート１０に固定支持されている。モータ５の主軸５ａには、エクステンションバー７が連結されている。モータ５は、配線等を介して接続される制御手段によってその動作が制御される。すなわち、制御手段によって、ナットランナ２による締付（締付量、回動方向、締付トルク等）が制御される。モータ５には、トルクトランスデューサー６が取り付けられている。
【００１９】
トルクトランスデューサー６は、モータ５の回転時のトルクを検出するトルクセンサである。トルクトランスデューサー６は、配線等を介して制御手段に接続されている。トルクトランスデューサー６では、モータ５の回動時のトルクが検出されて、制御手段に出力される。
【００２０】
エクステンションバー７は、図３に示すように、モータ５の主軸５ａに連結され、後述するスピンドル１４に対して、モータ５からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続するための部材であり、段付きの円柱状の基部７ａと、当該基部７ａ一端から延出される断面四角形状かつ棒状のバー本体部７ｂからなる部材である。エクステンションバー７の基部７ａの外側端部には、モータ５の主軸５ａを連結するための矩形の連結凹部７ｃが形成されている。エクステンションバー７の基部７ａは、連結凹部７ｃを介してモータ５の主軸５ａに一定的回転可能に連結され、バー本体部７ｂは、スピンドル１４が有する挿通孔２０（挿通孔２０ａ、摺動孔２０ｂ）に挿通される。また、バー本体部７ｂは、スピンドル１４の摺動孔２０ｂに、回転軸方向へ摺動可能かつスピンドル１４と一体的に回転可能に嵌合支持される。こうして、モータ５の主軸５ａが回動すると、当該主軸５ａに連結されたエクステンションバー７及び、当該エクステンションバー７のバー本体部７ｂに嵌合支持されるスピンドル１４が回動する。また、エクステンションバー７は、モータ５の出力軸として回転軸方向に沿って所定長延長可能にするものであり、出力軸の長さを可変にしつつモータ５の回動駆動力をスピンドル１４に伝達可能にするものである。
なお、本実施形態に係るエクステンションバー７は、断面四角形状であるが、特に限定するものでなく、エクステンションバー７とスピンドル１４とが嵌合して一体的に回動できるような断面形状であれば良い。
【００２１】
ソケット８は、ボルト又はナットに係合可能な部材であり、その基端部側がスピンドル１４の先端に着脱可能に固定されており、ソケット８の先端部側には、ボルト又はナットに係合可能な係合凹部８ａを備えており、当該係合凹部８ａを、例えばボルトの頭部に係合させた状態でソケット８を回動駆動させることにより、ワークＷにボルトを締め付けることができる。ソケット８は、スピンドル１４に対して着脱自在であり、ワークＷを締結する際に用いるボルトやナットの種類等に応じた他のソケット８に適宜交換可能である。
【００２２】
ソケット昇降手段９は、ワークＷに対してソケット８の昇降を行うためのものであり、アウターケース１１と、スピンドルケース１２と、電磁クラッチ１３と、スピンドル１４とから主に構成される。
【００２３】
アウターケース１１は、スピンドル１４を収容するためのケース部材である。アウターケース１１は、図３に示すように、段付きの円筒状部材であり、大径部１１ａと小径部１１ｃとからなる筒状のケース部材である。大径部１１ａと小径部１１ｃの間には、径方向に沿う壁面である段壁面１１ｂを有する。大径部１１ａは、電磁クラッチ１３が配置固定される部分であり、小径部１１ｃは、スピンドルケース１２を挿通して配置される部分である。アウターケース１１は、その中心軸をモータ５の主軸５ａの中心軸である回転軸方向と同一となるように取付部材を介してベースプレート１０に取り付けられる。
【００２４】
スピンドルケース１２は、スピンドル１４が収容可能であるとともに、スピンドル１４と回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するケース部材である。スピンドルケース１２は、スピンドル１４に対して回転軸を中心として相対的に回転可能に構成されており、スピンドルケース１２がスピンドル１４に対して相対的に回転することで、スピンドルケース１２がスピンドル１４に対して相対的に回転軸方向に進退するように構成されている。
スピンドルケース１２は、回転軸方向に貫通孔１５が形成された略円筒状の金属製部材（本実施形態では、Ａｌ製）であり、図３に示すように、円筒状の円筒部１２ａと、当該円筒部１２ａの一端において半径方向外側に突出するフランジ部１２ｂとを有する。スピンドルケース１２は、円筒部１２ａの外径がアウターケース１１の小径部１１ｃの内径よりも小さくなるように形成されるとともにフランジ部１２ｂの外形がアウターケース１１の小径部１１ｃの内径よりも大きく、かつ大径部１１ａの内径よりも小さくなるように形成されている。スピンドルケース１２は、円筒部１２ａがアウターケース１１の小径部１１ｃ内に挿通され、フランジ部１２ｂの一側が段壁面１１ｂに対向するように配置される。すなわち、スピンドルケース１２のフランジ部１２ｂは、スピンドルケース１２の円筒部１２ａがアウターケース１１の小径部１１ｃ内に収容された状態で、スピンドルケース１２がアウターケース１１から突出しないように段壁面１１ｂに係止するための係止部の役割をする。スピンドルケース１２の円筒部１２ａにおいては、アウターケース１１の大径部１１ａ内の両端に設けられた円環状のガイドブッシュ１６、１７に挿通されており、当該ガイドブッシュ１６、１７によりスピンドルケース１２の軸歪みが抑えられる。
【００２５】
また、スピンドルケース１２の貫通孔１５の内周面には、回転軸方向に対して螺旋状のスプライン（ネジ溝）が形成されたスプライン噛込み部１８（図４（ｂ）参照）を有する。すなわち、スピンドルケース１２の貫通孔１５の内周面には、螺旋状のネジ溝が設けられ、スピンドルケース１２は、いわゆる「雌ネジ」として形成されている。また、スピンドルケース１２のフランジ部１２ｂの外側一端には、電磁クラッチ１３と対向して、円環状の接合部１９がボルトにより取り付けられている。当該接合部１９は、磁力により吸着可能な部材により構成されており、例えばＦＣ（ねずみ鋳鉄）等を用いることが可能である。
なお、本実施形態においては、スピンドルケース１２がアウターケース１１から突出しないために段壁面１１ｂに係止するための係止部としてフランジ部１２ｂをスピンドルケース１２の一端に設ける構成としたが特に限定するものではなく、アウターケース１１の小径部１１ｃの長さ方向中途部にてボルトをアウターケース内に突出するように取り付けて、当該ボルトの先端によってスピンドルケース１２外周面を押圧することでスピンドルケース１２を固定する構成することも可能である。
また、本実施形態においてはスピンドルケース１２をＡｌ製、接合部１９をＦＣ製としているが、特に限定するものではない。例えば、スピンドルケース１２を構成する部材として磁力に吸着される部材を用いた場合は、接合部１９及び当該接合部１９を固定するボルト等は不要である。
【００２６】
電磁クラッチ１３は、その中央に挿通穴を有した円筒状の電磁クラッチであり、当該挿通穴にエクステンションバー７を挿通した状態で、当該電磁クラッチ１３の一端に形成されたフランジ部１３ａをアウターケース１１の内壁にボルト締結することにより、アウターケース１１の大径部１１ａ内に一体的に取り付けられる。電磁クラッチ１３の他端は、スピンドルケース１２が有する接合部１９と電磁力により接合可能である接合面１３ｂを有する。接合部１９が一端に取り付けられたスピンドルケース１２のフランジ部１２ｂは、アウターケース１１の段壁面１１ｂと電磁クラッチ１３の接合面１３ｂとの間に回動自在に配置される。アウターケース１１の段壁面１１ｂと電磁クラッチ１３の接合面１３ｂとの間隔は、接合部１９を有するフランジ部１２ｂの回転軸方向の厚さよりも若干大きくなるように構成されている。電磁クラッチ１３は、通電／通電停止することで接合面１３ｂから電磁力の発生または発生の停止をすることが可能であり、この電磁力の発生・発生停止によって、電磁クラッチ１３の接合面１３ｂに対して接合部１９の吸着固定／切り離しを行うことができる。すなわち、スピンドルケース１２は、電磁クラッチの通電（ＯＮ）により電磁クラッチ１３を介してアウターケース１１に固定されて、アウターケース１１に対して回動不能となり、電磁クラッチ１３の通電停止（ＯＦＦ）により、スピンドルケース１２がアウターケース１１から分離されるともにアウターケース１１に対して回動自在になる。つまり、電磁クラッチ１３は、前記スピンドルケース１２とアウターケース１１との固定又は分離が選択可能な選択可能手段である。
なお、本実施形態においては、選択可能手段として電磁クラッチ１３を用いたが特に限定するものではなく、スピンドルケース１２とアウターケース１１とを固定又は分離することが選択可能な選択可能手段であればよく、例えば機械的なクラッチ機構を用いることも可能である。
また、本実施形態においては、電磁クラッチ１３の通電（ＯＮ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とを固定し、電磁クラッチ１３の通電停止（ＯＦＦ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とが分離する構成としているが、特に限定するものではない。例えば、電磁クラッチ１３の通電（ＯＮ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とが分離し、電磁クラッチ１３の通電停止（ＯＦＦ）でスピンドルケース１２とアウターケース１１とを固定する構成としてもよい。
【００２７】
スピンドル１４は、ソケット８を先端に設け、モータ５によって回動されるものであり、図３に示すように、円柱状のスピンドル前端部１４ａ、当該スピンドル前端部１４ａより大径のスプライン部１４ｂ、及び当該スプライン部１４ｂより小径であるスピンドル後端部１４ｃ、から構成される。
スピンドル前端部１４ａは、その先端にソケット８を連結するための矩形の連結凸部１４ｄが形成されている。連結凸部１４ｄを、ソケット８の基端部側に形成される凹部に嵌合することで、スピンドル１４とソケット８とを一体的に回転可能に連結することができる。
また、スプライン部１４ｂ及びスピンドル後端部１４ｃには、当該スピンドル後端部１４ｃ側からエクステンションバー７を挿通するための挿通孔２０が設けられている。挿通孔２０は、スプライン部１４ｂの内部に形成され、エクステンションバー７のバー本体部７ｂを挿通可能な挿通孔２０ａと、エクステンションバー７のバー本体部７ｂを挿入して摺動可能な断面四角状の摺動孔２０ｂから構成される。スピンドル１４は、挿通孔２０にエクステンションバー７のバー本体部７ｂが挿通されることで、エクステンションバー７のバー本体部７ｂに対して回転軸方向に摺動可能かつ進退可能に支持される。
【００２８】
また、スプライン部１４ｂの外周面には、回転軸方向に対して螺旋状のスプライン（ネジ溝）が形成されたスプライン噛込み部２１（図４（ｂ）参照）を有する。すなわち、スプライン部１４ｂの外周面には、螺旋状のネジ溝が設けられ、スプライン部１４ｂは、いわゆる「雄ネジ」として形成されている。スプライン部１４ｂのスプライン噛込み部２１とスピンドルケース１２が有するスプライン噛込み部１８とは、互いに噛み合ってスプライン係合している。換言すれば、スプライン部１４ｂのスプライン噛込み部２１は「雄ネジ」部分になり、スピンドルケース１２が有するスプライン噛込み部１８が「雌ネジ」部分となって、互いに螺合しており、スピンドルケース１２側（雌ネジ側）を固定して、スピンドル１４（雄ネジ側）を回動すると、スピンドル１４はスピンドルケース１２内を回転軸方向に進退可能となるものである。例えば、スピンドルケース１２側（雌ネジ側）を固定して、スピンドル１４（雄ネジ側）を時計周り方向に回転すると、スピンドル１４が下降（前進）し、一方、スピンドル１４（雄ネジ側）を反時計周り方向に回転すると、スピンドル１４が上昇（後退）する。
【００２９】
制御手段は、締付装置３０の各動作（スピンドル１４の昇降動作、電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ、モータ５の駆動／停止等）及び直交ロボット３、４等の各動作の制御を行うものであり、例えば、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。また、制御手段は、締付装置３０及び直交ロボット３、４等の動作制御を行うための制御プログラムを有し、当該制御プログラムに予め所定の動作パラメータを設定し実行することで締付装置３０及び直交ロボット３、４等に所定の動作を行わせることができる。
【００３０】
こうして、ソケット昇降手段９は、モータ５の駆動／停止と電磁クラッチ１３のＯＮ／ＯＦＦによりスピンドル１４の昇降動作を行うことが可能である。すなわち、電磁クラッチ１３を効かせた状態（通電した状態）では、スピンドルケース１２はアウターケース１１に固定されるため、モータ５を駆動して主軸５ａを回動させると、スプライン部１４ｂのスプライン噛込み部２１とスピンドルケース１２が有するスプライン噛込み部１８とがスプライン係合していることにより、スピンドル１４がスピンドルケース１２に対して進退動作が可能となる。本実施形態の如く、ナットランナ２を吊り下げて配置して締付装置３０を構成した場合は、スピンドル１４先端に設けたソケット８を昇降動作させることが可能となる。
なお、本実施形態においては、ソケット８を昇降動作させる場合を例として挙げたが、特に限定するものではない。つまり、ソケット８を有したスピンドル１４を所定方向に沿って進退動作させる構成であればよい。例えば、ソケット８を水平方向に進退動作させる構成でもよく、本実施形態の如く、ソケット８を上下方向に動作させる昇降動作のみに限るものではない。
【００３１】
次に、以上のように構成された締付装置３０により、ワークＷに対して締結部材を締め付ける工程を図４を用いて説明する。具体例として、自動車用エンジン組立ラインにおいて、締付装置３０をライン上方に配置し、当該締付装置３０を用いてワークＷであるシリンダブロック及びシリンダヘッドの締結を行うためにボルトで締め付けを行う工程について説明する。
なお、図４において、彩色された部分が回転する部分を示している。
【００３２】
自動車用エンジンの組立ラインにおいて、一組のワークＷとしてシリンダブロック及びシリンダヘッドがライン上を搬送されてくるまで、締付装置３０は、待機状態となり、以下に説明するスピンドル１４（ソケット８）の上昇端位置に保持された状態となっている。
【００３３】
図４（ａ）は、スピンドル１４がスピンドル１４の上昇端位置に保持された状態（電磁クラッチ１３：ＯＮ、モータ５：ＯＦＦの状態）を示したものである。ここで、「スピンドル１４の上昇端位置」とは、エクステンションバー７のバー本体部７ｂがスピンドル１４の挿通孔２０内に完全に収容され、スピンドル１４が最も上昇した位置をいう。このようにスピンドル１４が、スピンドル１４の上昇端位置に保持された状態は、電磁クラッチ１３をＯＮ（通電）、かつモータ５をＯＦＦ（駆動停止）の状態の場合であって、電磁クラッチ１３が通電時には当該電磁クラッチ１３における接合面１３ｂに電磁力が発生し、当該接合面１３ｂにスピンドルケース１２に取り付けられた接合部１９が引き寄せられるとともに吸着固定されている。これにより、スピンドルケース１２は、電磁クラッチ１３を介してアウターケース１１に一体的に固定されている。
ワークＷが締付装置３０下方の所定位置に搬送されてくると、制御手段は、締付装置３０を駆動制御してワークＷに対して締結部材の締め付け動作を開始する。以下に、制御手段が、スピンドル１４（ソケット８）をワークＷ上の最初のボルト締結位置へと下降する制御方法について説明する。
【００３４】
図４（ｂ）は、上述したスピンドル１４の上昇端位置と後述する下降端位置の間の中間位置でスピンドル１４が下降している状態（電磁クラッチ１３：ＯＮ、モータ５：ＯＮの状態）を示したものである。このようにスピンドル１４が中間位置において下降している状態は、電磁クラッチ１３をＯＮ（通電）、かつモータ５をＯＮ（駆動）した場合であって、電磁クラッチ１３が通電時には当該電磁クラッチ１３における接合面１３ｂに電磁力が発生し、当該接合面１３ｂにスピンドルケース１２に取り付けられた接合部１９が引き寄せられるとともに吸着固定されている。これにより、スピンドルケース１２は、電磁クラッチ１３を介してアウターケース１１に一体的に固定されている。このようにスピンドルケース１２がアウターケース１１に一体的に固定されている状態で、さらに、モータ５が駆動されるとモータ５の時計回りの回転により、スピンドルケース１２にスプライン係合しているスピンドル１４はスプラインに沿って、回転しながらエクステンションバー７に対して摺動動作し、回転するスピンドル１４はスピンドルケース１２内を回転軸方向に沿って移動する。つまり、スピンドル１４はワークＷ上の最初のボルト締結位置へと下降していく。以下に、制御手段が、スピンドル１４（ソケット８）をワークＷ上の最初のボルト締結位置へと下降した後、ワークＷに対して締結部材を締め付ける制御方法について説明する。
【００３５】
図４（ｃ）は、スピンドル１４がスピンドル１４の下降端位置に保持された状態（電磁クラッチ１３：ＯＦＦ）を示したものである。ここで、「スピンドル１４の下降端位置」とは、エクステンションバー７のバー本体部７ｂに対してスピンドル１４が摺動し、エクステンションバー７のバー本体部７ｂ先端部分がスピンドル１４の挿通孔２０（摺動孔２０ｂ）内に位置する、スピンドル１４が最も下降した位置をいう。このようにスピンドル１４がスピンドル１４の下降端位置に保持された状態は、中間位置からさらにスピンドル１４が下降していき、スピンドル１４の下降端位置に達した場合であり、このスピンドル１４の下降端位置において、締結部材（本実施形態では、ボルト又はナット）の締め付けが行われる。すなわち、スピンドル１４が下降端位置に達すると、スピンドル１４先端に取り付けたソケット８の係合凹部８ａにボルトの頭が係合された状態になるとともに、制御手段が電磁クラッチ１３をＯＦＦ（通電停止）して、当該電磁クラッチ１３における接合面１３ｂで発生していた電磁力の発生を停止する。これにより、電磁クラッチ１３に接合部１９を介して吸着固定されていたスピンドルケース１２が電磁クラッチ１３から切り離される。これにより、スピンドルケース１２がアウターケース１１とは独立して回動可能となるため、スピンドル１４のスプライン噛込み部２１とスピンドルケース１２のスプライン噛込み部１８がスプライン係合していることで、スピンドルケース１２がスピンドル１４とともに回転する、すなわち、スピンドルケース１２とスピンドル１４とがアウターケース１１内において回転軸周りに共回りすることが可能となる。そうして、モータ５の回転がスピンドル１４及び当該スピンドル１４に取り付けられたソケット８に伝達され、ソケット８に係合したボルトをスピンドル１４の下降端位置にて締め付けすることができる。
【００３６】
そうして、最初のボルトの締め付けが完了後、制御手段は、再び電磁クラッチ１３をＯＮ（通電）することでスピンドルケース１２をアウターケース１１に一体的に固定し、モータ５を反時計周りに回転することで、ソケット８並びにスピンドル１４を上昇させ、スピンドル１４の上昇端位置に戻る。ワークＷの最初のボルト締結位置におけるボルトの締め付けが完了したら、制御手段は、直交ロボット３及び直交ロボット４を操作して、予め設定されている次のボルト締結位置まで、ナットランナ２を移動し、上記と同様に次のボルトの締め付けを続けて行う。こうして、本実施形態に係る締付装置３０では、ひとつのナットランナ２を直交ロボット３及び直交ロボット４により移動しながら複数箇所の締結部材の締め付けを行うことができる。
【００３７】
以上の如く、本実施形態の締付装置３０は、電磁クラッチ１３の通電によりアウターケース１１にスピンドルケース１２を固定し、かつモータ５の駆動により前記スピンドル１４を回動した場合、スピンドルケース１２に対してスピンドル１４が進退可能である。また、電磁クラッチ１３の通電停止によりスピンドルケース１２をアウターケース１１から分離し、かつモータ５の駆動によりスピンドル１４を回動した場合、スピンドルケース１２がスピンドル１４と共回りし、回転方向にのみ動力を伝えることができるため、ソケット８に係合される締結部材を締め付けることが可能である。
【００３８】
また、従来、ワークＷに対して複数の締結部材の締め付けを行うために複数のナットランナ（いわゆる多軸ナットランナ）ユニットを備えた締付装置があるが、このような従来の締付装置では、多軸ナットランナユニット全体を昇降させて締結部材の締め付けを行っていた。多軸ナットランナユニットは、重量が大きく、この重量物を昇降させるための高能力の昇降アクチュエータ（エアシリンダー等）を必要し、装置が大掛かりなものとなったいる。それに対して、本実施形態の締付装置３０では、直交二軸ロボット（直交ロボット３及び直交ロボット４）に１つのナットランナ２を取り付け、制御手段が有する制御プログラムにより複数の締結部材の締結箇所を有するワークＷに対して１箇所ずつ順に締め付けを行って、１つのソケット８を有するスピンドル１４のみを昇降させるものである。そのため、本実施形態の締付装置３０では、従来の多軸ナットランナユニットを備えた締付装置に比べて汎用性が高く、軽量コンパクト化が図れる。また、本実施形態の締付装置３０によれば、ソケット８を有するスピンドル１４のみを昇降させるので、ワークＷと干渉しない範囲で最小限の上昇・下降の移動距離で複数箇所の締付作業を行うことができるため、コンパクトな装置構成であり、効率的な締め付けができる。つまり、本実施形態の締付装置３０は、従来の多軸ナットランナユニットを備えた締付装置に比べて、より動作自由度の高いフレキシブルな締付装置である。また、本実施形態の締付装置３０は、従来の締付装置のように、エアーシリンダーが不要であるため、エアーシリンダーに伴うエアー供給機器等も不要になり、省スペース化、装置の簡素化・コンパクト化が可能である。また、本実施形態の締付装置３０は、スピンドル１４の昇降動作によりソケット８をワークＷ上の所望の締結部材の締結箇所に案内することができるため、狭い箇所や孔の内部等の締結箇所においてもソケット８を案内して、締結することが可能である。また、締付装置３０が備えるソケット昇降手段９は、従来のエアシリンダーを用いたソケット昇降手段とは異なり、上述した中間位置での停止も容易に可能であるため、ソケット昇降動作の動作範囲が拡大し、さらに効率的に締め付け作業を行うことが可能である。
【００３９】
以上のように、本実施形態の締付装置３０によれば、駆動部の回転を利用して、スピンドルの進退動作が行えるため、装置をコンパクトにできる。
【００４０】
なお、本実施形態の締付装置３０において、ナットランナ位置可変手段１の上部に、締付装置３０を所定の位置に移動可能にするための移動装置を設ける構成とすることできる。このような移動装置の例としては、締付装置３０を、自動車組立ライン上にて搬送されるワークＷに沿って移動させる装置とすればよく、締付装置３０にレール・滑車式の移動機構を設ける構成とすればよい。
【符号の説明】
【００４１】
５ モータ
７ エクステンションバー
８ ソケット
１１ アウターケース
１２ スピンドルケース
１３ 電磁クラッチ
１４ スピンドル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与える駆動部と、
前記締結部材に係合可能なソケットと、
前記ソケットを先端に設け、前記駆動部によって回動するスピンドルと、
前記駆動部に連結され、前記スピンドルに対して、前記駆動部からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続されるエクステンションバーと、
を備えた、前記締結部材を締め付けるための締付装置であって、
前記スピンドルが収容可能であるとともに、当該スピンドルと回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するスピンドルケースと、
前記スピンドルケースを収容するアウターケースと、
前記スピンドルケースと前記アウターケースとを固定又は分離することが選択可能な選択可能手段と、
を有することを特徴とする締付装置。
【請求項２】
前記選択可能手段は、前記アウターケース内に一体的に取り付けられる電磁クラッチであり、
当該電磁クラッチの通電により前記アウターケースに前記スピンドルケースを固定し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースに対して前記スピンドルが進退可能であり、
前記電磁クラッチの通電停止により前記スピンドルケースを前記アウターケースから分離し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースが前記スピンドルと共回りし、前記ソケットに係合される前記締結部材を締め付け可能であることを特徴とする請求項１に記載の締付装置。
【請求項１】
締結部材に対して、当該締結部材を締め付けるためのトルクを与える駆動部と、
前記締結部材に係合可能なソケットと、
前記ソケットを先端に設け、前記駆動部によって回動するスピンドルと、
前記駆動部に連結され、前記スピンドルに対して、前記駆動部からの回動を伝えつつ回転軸方向に進退可能に接続されるエクステンションバーと、
を備えた、前記締結部材を締め付けるための締付装置であって、
前記スピンドルが収容可能であるとともに、当該スピンドルと回転軸方向に螺旋条にスプライン係合するスピンドルケースと、
前記スピンドルケースを収容するアウターケースと、
前記スピンドルケースと前記アウターケースとを固定又は分離することが選択可能な選択可能手段と、
を有することを特徴とする締付装置。
【請求項２】
前記選択可能手段は、前記アウターケース内に一体的に取り付けられる電磁クラッチであり、
当該電磁クラッチの通電により前記アウターケースに前記スピンドルケースを固定し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースに対して前記スピンドルが進退可能であり、
前記電磁クラッチの通電停止により前記スピンドルケースを前記アウターケースから分離し、かつ前記駆動部の駆動により前記スピンドルを回動した場合、前記スピンドルケースが前記スピンドルと共回りし、前記ソケットに係合される前記締結部材を締め付け可能であることを特徴とする請求項１に記載の締付装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−４３２５３（Ｐ２０１３−４３２５３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３０８５（Ｐ２０１１−１８３０８５）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１５８９７６）技研工業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１５８９７６）技研工業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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